[发明专利]一种基于层叠Blumlein带状线型高压纳秒脉冲发生器

摘要

本发明公开了一种基于层叠Blumlein带状线型高压纳秒脉冲发生器，包括电源系统、固态开关系统、控制电路和层叠Blumlein带状线。实质上是一种利用通信行业中常用的带状线形成波的折反射从而在匹配的负载上面产生脉冲电场。该发生器采用多级固态串联开关组作为系统开关，并通过控制MOSFETs的开断在带状线系统中形成脉冲方波，通过多级Blumlein带状线PCB板并联层叠可以在较小空间内实现系统输出阻抗模块化变化，在不同生物负载两端输出纳秒脉冲电压具有以下参数：幅值的可调范围从0伏到上千伏，脉宽100ns，上升沿30ns以内，重复频率可高至几百甚至上千Hz，而且通过并联层叠方式可以满足生物医学实验中多种负载的应用场合，可用于纳秒脉冲电场生物学效应的研究。

主权项

1.一种基于层叠Blumlein带状线型高压纳秒脉冲发生器，其特征在于：包括电源系统(1)、固态开关系统(2)、控制电路(3)和层叠Blumlein带状线(4)；所述电源系统(1)包括高压直流电源(101)和充电电阻(102)；所述固态开关系统(2)包括：+15VDC/DC隔离模块(201)、+15VDC/+5VDC转换模块(202)、光纤接收器(203)、驱动芯片(204)和MOSFETs串联开关组(205)；所述转换模块(202)将15V电压转换为5V电压；所述MOSFETs串联开关组(205)由两个MOSFET开关串联而成；所述控制电路(3)包括信号发生器(301)、光纤驱动器(302)、光纤发射器(303)和1分2光纤分路器(304)；所述层叠Blumlein带状线(4)为多个PCB带状线板并联层叠而成；所述PCB带状线板包括第一层表层接地层，第二层带状线布线层，第三层接地层，第四层带状线布线层和第五层底层接地层，每层通过FR‑4绝缘材料隔离；所述带状线包括第一带状线(401)和第二带状线(402)，带状线为导体带，材质选用铜；第一带状线(401)包括第一层表层第一带状线接地层、第二层布线层第一带状线(401‑2)和第三层第一带状线接地层、第四层布线层第一带状线(401‑4)、第五层底层第一带状线接地层；第二带状线(402)包括第一层表层第二带状线接地层、第二层布线层第二带状线(402‑2)、第三层接第二带状线地层、第四层布线层第二带状线(402‑4)和第五层底层第二带状线接地层；第一、三、五层第一带状线接地层和第一、三、五层第二带状线接地层分别布置在所在层的左、右半平面，中间通过FR‑4绝缘材料隔离；第二层布线层第一带状线(401‑2)和第二层布线层第二带状线(402‑2)在所在层的左、右半平面成“S”蜿蜒型布置内，中间通过FR‑4绝缘材料隔离；第四层布线层第一带状线(401‑4)和第四层布线层第二带状线(402‑4)在所在层的左、右半平面成“S”蜿蜒型布置内，中间通过FR‑4绝缘材料隔离；利用过孔连接将第二层布线层第一带状线(401‑2)末端与第四层布线层第一带状线(401‑4)末端串联连接，同时利用铜带布线将第四层布线层第一带状线(401‑4)首端与第二层布线层第二带状线(402‑2)首端串联，第二层布线层第二带状线(402‑2)末端通过过孔与第四层布线层第二带状线(402‑4)末端串联，第四层布线层第二带状线(402‑4)首端悬空作为悬空端；第二层布线层第一带状线(401‑2)的首端作为第一带状线(401)的接线端，利用过孔将第一带状线第一、三、五层接地层并联，此三层为负载一个接线端；利用过孔将第二带状线的第一、三、五层接地层并联，此三层为负载的另一个接线端；所述高压直流电源(101)的正极通过导线与充电电阻(102)一端连接，充电电阻(102)的另一端包括两条并联支路，一条支路通过导线与固态开关系统(2)的MOSFETs串联开关组(205)的漏极连接，所述开关组(205)的地极S连接到高压直流电源(101)地极而形成一条回路；另一条支路与层叠Blumlein带状线(4)的第一带状线(401)导体带接线端连接；负载(5)一端连在第二带状线(402)的接地层，另一端串连在第一带状线(401)的接地层，同时通过导线将第一带状线(401)的接地层接回高压直流电源(101)的地形成回路；所述信号发生器(301)的信号输出端与光纤驱动器(302)的输入端连接，信号发生器(301)加工产生的脉冲控制信号传输给光纤驱动器(302)；光纤驱动器(302)的输出端与光纤发射器(303)的输入端连接，传输光纤发射器(303)根据光纤驱动器(302)输出的驱动信号进行电/光转换；光纤发射器(303)的输出端与光纤接收器(203)的输入端通过光纤(304)连接，实现光信号的传输；所述驱动芯片(204)的电源端通过导线与隔离模块(201)的输出端连接，隔离模块(201)的电源输入端与15V电压线连接，隔离模块(201)为驱动芯片(204)供电；驱动芯片(204)的输出端与所述MOSFETs串联开关组(205)的栅极G连接，驱动芯片(204)为MOSFETs串联开关组(205)提供电流驱动；驱动芯片(204)的信号输入端与光纤接收器(203)的信号输出端连接，驱动芯片(204)接收来自光纤接收器(203)的电信号；所述光纤接收器(203)的电源输入端通过导线与转换模块(202)的输出端连接，转换模块(202)的电源端与15V电源线连接，转换模块(202)将15V电压转换为5V电压给光纤接收器(203)供电。